ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Модель структуры с параллельными порами из "Массопередача в гетерогенном катализе" Наиболее трудно поддаются обработке данные для катализаторов с широким распределением пор по радиусам, особенно в тех случаях, когда невозможно или трудно подразделить поры на группы микро- и макропор. Применение известных моделей пористой структуры предполагает наличие необходимого минимума сведений о тонкой структуре пор. Такие сведения в большинстве случаев отсутствуют. С другой стороны, попытки использования упрощенного математического описания пористой структуры в сочетании с нелинейным характером уравнения диффузии для переходной области приводят к моделям, настолько сложным, что их трудно и проверить, и использовать. [c.70] Модель, близкая к предложенной ранее Джонсоном и Стюартом [161], по-видимому, достаточно хорошо отражает реальные закономерности и в то же время относительно проста. Пористая структура рассматривается как система параллельных цилиндрических пор, распределенных по радиусам в соответствии с экспериментальными данными. Принимается, что коэффициент извилистости (обозначаемый для данной модели бр) не зависит от размера пор и характера диффузии. Как и ранее, коэффициент извилистости рассматривается как изменяемый параметр, варьируя который можно связать переменные характеристики поры с площадью ее поперечного сечения. Далее для этой модели принимается, что в любом поперечном сечении, перпендикулярном к направлению переноса массы, концентрация однородна и не зависит от размера пор. Иначе говоря, предполагается наличие поперечных каналов с сечением, достаточным для выполнения этого условия. [c.70] Пределы интегрирования соответствуют крайним размерам пор. [c.71] В этом уравнении / (г) г есть доля общего объема пор, приходящаяся на радиусы пор между г1я.г- -д,г. Таким образом, поток определяется путем использования уравнения массопереноса, соответствующего каждому размеру пор, и суммирования отдельных составляющих в этих пределах размеров пор. Модель с параллельными порами, описываемая уравнением (1.48), представляет собой важное и полезное приближение к предельным случаям кнудсеновской или молекулярной диффузии. [c.71] Джонсон и Стюарт исследовали встречную диффузию азота и водорода через образцы окиси алюминия с различным распределением пор. Таблетированные образцы после прокаливания при 482 °С состояли из чистой 7-А12О3. Крайние значения коэффициента извилистости, рассчитанные по модели с параллельными порами, равны 2,1 и 6,8. [c.71] Кэйдл [293] измерял эффективные коэффициенты диффузии 17 таблетированных промышленных катализаторов и носителей методом встречной диффузии в стационарных условиях. Результаты измерений, приведенные в табл. 1,13, обработаны в соответствии с моделью с параллельными порами. [c.71] Примерно у половины образцов коэффициент извилистости близок к 4. Остальные образцы имели значение коэффициента извилистости от 2,8 до 7,3. Исключение составляют два образца, прокаленные при очень высоких температурах. [c.72] Объем макропор у исследованных катализаторов значительно меньше, чем у лабораторных образцов, полученных прессованием. Примечательно, что такой же диапазон значений б получен и для молекулярной диффузии в промышленных катализаторах (см. рис. 1-5). [c.72] Известно, что измеренные в разных лабораториях с помощью ртутных поромеров распределения пор по радиусам дают расхождения до 30% для одних и тех же образцов [54]. Это расхождение сказывается на вычисленном значении б. Причиной этих расхождений является использование различных значений поверхностного натяжения ртути и краевых углов. В некоторых моделях поромеров масса образца составляет доли грамма и его приходится готовить дроблением исходной гранулы. При этом возможна ошибка, обусловленная неоднородностью гранулы. Однако в этом случае различия проявятся главным образом при измерении потока. Наконец, структура пор промышленных катализаторов может зависеть от размера гранулы и поэтому может быть различной даже у образцов с одинаковым названием, различающихся размером гранулы. [c.72] Примечания 1. Коэффициент диффузии водорода в азоте приведен при комнатной температуре и атмосферном давлении средние значения для 5 образцов. Для катализатора Хальдор-Топсфе умножен на Уч г, среднее для 2 образцов. [c.74] В другой работе [292] Кэйдл исследовал диффузию при давлениях от атмосферного до 638-10 Н/м в уже охарактеризованных катализаторах синтеза метанола, а также катализаторах марок С-58 и С-52. Была установлена независимость коэффициента извилистости от давления во всем диапазоне изменения характера диффузии от нижнего участка переходной области до молекулярной диффузии нри высоких давлениях. Такой же результат получили Браун и др. [48], исследовавшие диффузию в 12 промышленных катализаторах при давлениях от атмосферного до 196-10 Н/м . [c.74] На рис. 1-11 представлена зависимость диффузионного потока гелия от давления по данным [292]. Ход кривых соответствует предсказаниям теории поток быстро увеличивается в области низких давлений и достигает некоторого постоянного значения при высоких давлениях, когда диффузия имеет почти полностью молекулярный характер. [c.74] Предложенное обобщение применимо к системам с более или менее однородной пористой структурой в условиях, когда роль поверхностной диффузии или диффузии, типичной для цеолитов, пренебрежимо мала. [c.75] Если реакция сопровождается изменением числа молей, то между центром и поверхностью гранулы катализатора возникает заметная разность давлений. При этом перенос вещества осуществляется одновременно диффузией и потоком, вызванным указанной разностью давлений. Экспериментальные исследования этого явления немногочисленны, особенно для той совокупности условий, которые представляют интерес для каталитических реакций тонконористые твердые вещества, малые разности давлений. [c.75] Вакао и Смит [242] исследовали встречную диффузию водорода и азота через таблетки бемита и стекла викор при некотором градиенте давления азота. [c.75] Кэйдл [292] изучал диффузию гелия и азота на промышленном катализаторе синтеза метанола. Анализ и интерпретация полученных им результатов сложны и здесь не приводятся. При обработке этих данных по модели с параллельными порами коэффициент извилистости для диффузионной составляющей значительно больше, чем для вынужденного потока. Отношение этих величин равно 1,8 для катализатора синтеза метанола 2,0 для плотных гранул бемита и около 1,3 для волокнистого графита [292]. [c.76] Вернуться к основной статье